Номер 1, страница 86 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

1. Почему внутренняя энергия водяного пара при температуре 100 °С больше, чем внутренняя энергия воды той же массы при той же температуре?

1. Решение

Внутренняя энергия ($U$) любого вещества состоит из суммы кинетической энергии хаотического теплового движения его частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия.

Температура является мерой средней кинетической энергии частиц. Поскольку в задаче указано, что температура воды и водяного пара одинакова (100 °C), это означает, что средняя кинетическая энергия молекул в обоих агрегатных состояниях одинакова. Следовательно, для одинаковой массы вещества кинетическая часть внутренней энергии будет одинаковой как для воды, так и для пара.

Различие заключается в потенциальной энергии взаимодействия молекул. В жидком состоянии (в воде) молекулы расположены близко друг к другу и сильно взаимодействуют. Чтобы превратить воду в пар при той же температуре, необходимо сообщить ей дополнительную энергию — удельную теплоту парообразования ($L$). Эта энергия расходуется на преодоление сил межмолекулярного притяжения и на увеличение расстояния между молекулами. В результате молекулы в паре находятся на значительно больших расстояниях друг от друга, чем в воде. Потенциальная энергия взаимодействия молекул при их удалении друг от друга возрастает.

Таким образом, хотя кинетическая энергия молекул воды и пара при 100 °C одинакова, потенциальная энергия молекул пара значительно больше, чем у молекул воды. Это и приводит к тому, что общая внутренняя энергия водяного пара оказывается больше, чем внутренняя энергия воды той же массы при той же температуре.

Ответ: При одинаковой температуре средняя кинетическая энергия молекул воды и пара одинакова. Однако для превращения воды в пар необходимо затратить энергию, которая идет на преодоление сил межмолекулярного притяжения. Это приводит к увеличению расстояния между молекулами и, как следствие, к значительному росту их потенциальной энергии. Поэтому суммарная внутренняя энергия пара больше, чем у воды той же массы и температуры.